在企业应用软件开发中,Java是毫无争议的主流语言,开放的Java EE规范和强大的开源框架功不可没,其中Spring毫无疑问已经成为企业软件开发的事实标准之一。今天这一讲,我将补充Spring相关的典型面试问题,并谈谈其部分设计细节。
今天我要问你的问题是,谈谈Spring Bean的生命周期和作用域?
Spring Bean生命周期比较复杂,可以分为创建和销毁两个过程。
首先,创建Bean会经过一系列的步骤,主要包括:
实例化Bean对象。
设置Bean属性。
如果我们通过各种Aware接口声明了依赖关系,则会注入Bean对容器基础设施层面的依赖。具体包括BeanNameAware、BeanFactoryAware和ApplicationContextAware,分别会注入Bean ID、Bean Factory或者ApplicationContext。
调用BeanPostProcessor的前置初始化方法postProcessBeforeInitialization。
如果实现了InitializingBean接口,则会调用afterPropertiesSet方法。
调用Bean自身定义的init方法。
调用BeanPostProcessor的后置初始化方法postProcessAfterInitialization。
创建过程完毕。
你可以参考下面示意图理解这个具体过程和先后顺序。-
第二,Spring Bean的销毁过程会依次调用DisposableBean的destroy方法和Bean自身定制的destroy方法。
Spring Bean有五个作用域,其中最基础的有下面两种:
Singleton,这是Spring的默认作用域,也就是为每个IOC容器创建唯一的一个Bean实例。
Prototype,针对每个getBean请求,容器都会单独创建一个Bean实例。
从Bean的特点来看,Prototype适合有状态的Bean,而Singleton则更适合无状态的情况。另外,使用Prototype作用域需要经过仔细思考,毕竟频繁创建和销毁Bean是有明显开销的。
如果是Web容器,则支持另外三种作用域:
Request,为每个HTTP请求创建单独的Bean实例。
Session,很显然Bean实例的作用域是Session范围。
GlobalSession,用于Portlet容器,因为每个Portlet有单独的Session,GlobalSession提供一个全局性的HTTP Session。
今天我选取的是一个入门性质的高频Spring面试题目,我认为相比于记忆题目典型回答里的细节步骤,理解和思考Bean生命周期所体现出来的Spring设计和机制更有意义。
你能看到,Bean的生命周期是完全被容器所管理的,从属性设置到各种依赖关系,都是容器负责注入,并进行各个阶段其他事宜的处理,Spring容器为应用开发者定义了清晰的生命周期沟通界面。
如果从具体API设计和使用技巧来看,还记得我在[专栏第13讲]提到过的Marker Interface吗,Aware接口就是个典型应用例子,Bean可以实现各种不同Aware的子接口,为容器以Callback形式注入依赖对象提供了统一入口。
言归正传,还是回到Spring的学习和面试。关于Spring,也许一整本书都无法完整涵盖其内容,专栏里我会有限地补充:
Spring的基础机制。
Spring框架的涵盖范围。
Spring AOP自身设计的一些细节,前面[第24讲]偏重于底层实现原理,这样还不够全面,毕竟不管是动态代理还是字节码操纵,都还只是基础,更需要Spring层面对切面编程的支持。
首先,我们先来看看Spring的基础机制,至少你需要理解下面两个基本方面。
从Bean创建过程可以看到,它的依赖关系都是由容器负责注入,具体实现方式包括带参数的构造函数、setter方法或者AutoWired方式实现。
第二,Spring到底是指什么?
我前面谈到的Spring,其实是狭义的Spring Framework,其内部包含了依赖注入、事件机制等核心模块,也包括事务、O/R Mapping等功能组成的数据访问模块,以及Spring MVC等Web框架和其他基础组件。
广义上的Spring已经成为了一个庞大的生态系统,例如:
Spring Boot,通过整合通用实践,更加自动、智能的依赖管理等,Spring Boot提供了各种典型应用领域的快速开发基础,所以它是以应用为中心的一个框架集合。
Spring Cloud,可以看作是在Spring Boot基础上发展出的更加高层次的框架,它提供了构建分布式系统的通用模式,包含服务发现和服务注册、分布式配置管理、负载均衡、分布式诊断等各种子系统,可以简化微服务系统的构建。
当然,还有针对特定领域的Spring Security、Spring Data等。
上面的介绍比较笼统,针对这么多内容,如果将目标定得太过宽泛,可能就迷失在Spring生态之中,我建议还是深入你当前使用的模块,如Spring MVC。并且,从整体上把握主要前沿框架(如Spring Cloud)的应用范围和内部设计,至少要了解主要组件和具体用途,毕竟如何构建微服务等,已经逐渐成为Java应用开发面试的热点之一。
第三,我们来探讨一下更多有关Spring AOP自身设计和实现的细节。
先问一下自己,我们为什么需要切面编程呢?
切面编程落实到软件工程其实是为了更好地模块化,而不仅仅是为了减少重复代码。通过AOP等机制,我们可以把横跨多个不同模块的代码抽离出来,让模块本身变得更加内聚,进而业务开发者可以更加专注于业务逻辑本身。从迭代能力上来看,我们可以通过切面的方式进行修改或者新增功能,这种能力不管是在问题诊断还是产品能力扩展中,都非常有用。
在之前的分析中,我们已经分析了AOP Proxy的实现原理,简单回顾一下,它底层是基于JDK动态代理或者cglib字节码操纵等技术,运行时动态生成被调用类型的子类等,并实例化代理对象,实际的方法调用会被代理给相应的代理对象。但是,这并没有解释具体在AOP设计层面,什么是切面,如何定义切入点和切面行为呢?
Spring AOP引入了其他几个关键概念:
Aspect,通常叫作方面,它是跨不同Java类层面的横切性逻辑。在实现形式上,既可以是XML文件中配置的普通类,也可以在类代码中用“@Aspect”注解去声明。在运行时,Spring框架会创建类似Advisor来指代它,其内部会包括切入的时机(Pointcut)和切入的动作(Advice)。
Join Point,它是Aspect可以切入的特定点,在Spring里面只有方法可以作为Join Point。
Advice,它定义了切面中能够采取的动作。如果你去看Spring源码,就会发现Advice、Join Point并没有定义在Spring自己的命名空间里,这是因为他们是源自AOP联盟,可以看作是Java工程师在AOP层面沟通的通用规范。
Java核心类库中同样存在类似代码,例如Java 9中引入的Flow API就是Reactive Stream规范的最小子集,通过这种方式,可以保证不同产品直接的无缝沟通,促进了良好实践的推广。
具体的Spring Advice结构请参考下面的示意图。-
其中,BeforeAdvice和AfterAdvice包括它们的子接口是最简单的实现。而Interceptor则是所谓的拦截器,用于拦截住方法(也包括构造器)调用事件,进而采取相应动作,所以Interceptor是覆盖住整个方法调用过程的Advice。通常将拦截器类型的Advice叫作Around,在代码中可以使用“@Around”来标记,或者在配置中使用“aop:around”。
如果从时序上来看,则可以参考下图,理解具体发生的时机。
你可以参看下面的示意图,来进一步理解上面这些抽象在逻辑上的意义。
Join Point仅仅是可利用的机会。
Pointcut是解决了切面编程中的Where问题,让程序可以知道哪些机会点可以应用某个切面动作。
而Advice则是明确了切面编程中的What,也就是做什么;同时通过指定Before、After或者Around,定义了When,也就是什么时候做。
在准备面试时,如果在实践中使用过AOP是最好的,否则你可以选择一个典型的AOP实例,理解具体的实现语法细节,因为在面试考察中也许会问到这些技术细节。
如果你有兴趣深入内部,最好可以结合Bean生命周期,理解Spring如何解析AOP相关的注解或者配置项,何时何地使用到动态代理等机制。为了避免被庞杂的源码弄晕,我建议你可以从比较精简的测试用例作为一个切入点,如CglibProxyTests。
另外,Spring框架本身功能点非常多,AOP并不是它所支持的唯一切面技术,它只能利用动态代理进行运行时编织,而不能进行编译期的静态编织或者类加载期编织。例如,在Java平台上,我们可以使用Java Agent技术,在类加载过程中对字节码进行操纵,比如修改或者替换方法实现等。在Spring体系中,如何做到类似功能呢?你可以使用AspectJ,它具有更加全面的能力,当然使用也更加复杂。
今天我从一个常见的Spring面试题开始,浅谈了Spring的基础机制,探讨了Spring生态范围,并且补充分析了部分AOP的设计细节,希望对你有所帮助。
关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗?今天的思考题是,请介绍一下Spring声明式事务的实现机制,可以考虑将具体过程画图。
请你在留言区写写你对这个问题的思考,我会选出经过认真思考的留言,送给你一份学习奖励礼券,欢迎你与我一起讨论。
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